复杂缝网导流能力实验研究

复杂缝网导流能力实验研究

温庆志;王淑婷;高金剑;段晓飞;王峰;刘欣佳;杨柳

【摘要】缝网导流能力是影响致密油气藏储层改造效果的重要因素之一.设计新型导流室,通过室内导流能力实验研究闭合压力、铺砂浓度、砂堤高度、支撑剂及缝网结构等因素对缝网导流能力的影响,并利用正交试验分析各参数对缝网导流能力的影响程度.结果表明:随着闭合压力的增大,缝网导流能力先缓慢降低后大幅降低,最终下降趋势平缓;随着铺砂浓度和砂堤高度的增大,缝网导流能力增大;缝网导流能力随着支撑剂粒径的增大而增大,大粒径支撑剂承压能力差,随着闭合压力的增加,缝网导流能力下降较快;随着次生裂缝数量的增多,与出口端距离减小,缝网导流能力增大.各参数对缝网导流能力的影响程度分别为:闭合压力影响最显著,次生裂缝位置和支撑剂粒径影响较大,铺砂浓度和次生裂缝数量有一定影响,砂堤高度与支撑剂类型影响最弱.

【期刊名称】《油气地质与采收率》

【年(卷),期】2016(023)005

【总页数】6页(P116-121)

【关键词】复杂缝网;缝网导流能力;新型导流室;缝网结构;正交试验

【作者】温庆志;王淑婷;高金剑;段晓飞;王峰;刘欣佳;杨柳

【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)

石油工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580

【正文语种】中文

【中图分类】TE357.1

随着油气资源的不断开发，对致密砂岩油气和页岩油气等非常规油气藏的开采越来越受重视，因其储层物性差、非均质性强，开发难度极大［1-3］。体积压裂技术可以在储层中形成人工裂缝与天然裂缝相互交错的裂缝网络，增大储层改造体积，从而有效提高采收率［4-9］，近年来在非常规油气藏的开发中应用广泛。裂缝导流能力是评价压裂施工效果的重要参数［10-14］，但一般对裂缝导流能力的研究主要针对单一裂缝。裂缝网络因为存在各级裂缝交错，缝网结构各异等情况使得对导流能力的研究更为复杂，不能简单地照搬单一裂缝的理论及实验模型。目前，中外关于缝网导流能力的研究较少［15-16］，缺乏相关的实验设备和实验方法。为此，笔者设计了能够测试缝网导流能力的新型导流室，开展室内导流能力实验，研究缝网导流能力变化规律，以期为压裂施工参数优化设计提供依据。

1.1 实验装置

测试复杂缝网导流能力的新型导流室由上密封板、大理石岩板、导流室主体和下密封板组成（图1）。导流室主体外壁有4个接口，分别为气体进出口和进出口压力接口。气体进出口及测压接口设置有滤塞，以防止破碎的支撑剂粉末冲出。导流室主体内腔长度为170 mm，宽度为90 mm，有效高度为50 mm，用于放置不同形状大理石岩板模拟的不同结构缝网，岩板周围用玻璃胶密封。上、下端盖与上、下压头分离设计，之间设置有固定垫块，可调节测试缝网的高度。装置整体为不锈钢锻件，最大闭合压力可达100 MPa。

利用FCES-100型裂缝导流仪注入测试气体，控制压力并记录数据。裂缝导流仪

主要由新型导流室、导流室夹持装置、加压装置（最大压力为120 MPa）、空气

压缩机和控制装置5部分构成。

1.2 实验方法

利用自主研发的新型导流室，设计实验方案，研究缝网导流能力的变化规律。应用离散裂缝网络模型，根据不同的正交组合，设计9种典型的缝网结构（图2）。按照次生裂缝的数量和分布，将缝网结构分为“一”型、“T”型、“F”型、“E”型、“十”型、“干”型和“丰”型；其中，按照次生裂缝距离气体出口的距离不同，将“十”型缝网结构又细分为“十”-I型、“十”-Ⅱ型和“十”-Ⅲ型。

实验中所用岩块长、宽和高分别为16.0，3.6和5.0 cm。岩块可按实验要求进行

切割，以组合出不同类型的缝网结构。实验测试气体为空气，用以模拟地层天然气，由空气压缩机提供，其粘度为0.017 98 mPa·s。

常规裂缝导流能力等于缝宽与渗透率的乘积。裂缝网络中裂缝条数较多，无法简单确定裂缝宽度，因此本次实验采用体积等效法，将裂缝网络中的裂缝总体积（V）通过平行于渗流方向单缝的形式进行等效，已知该裂缝在导流室内的延展面积为S，则等效缝宽为。测试气体在裂缝导流仪中的流动符合达西定理，渗透率的计算式为式中：K为支撑裂缝渗透率，μm2；Q为气体流量，cm3/s；μg为地面气体粘度，mPa·s；L为构造缝网长度，cm；A为构造缝网截面积，cm2；Δp为进出口压力差，0.1 MPa。

“一”型缝网不同影响因素的实验方案如表1所示，其余缝网结构下的实验方案

与其类似，固定铺砂浓度、砂堤高度、支撑粒径和支撑剂类型，测试不同缝网结构和闭合压力下的缝网导流能力。

实验步骤：①根据实验方案选择切割好的岩板，放入导流室内组合出设计的缝网结构，并铺入预定质量的支撑剂，检查支撑剂铺入是否平整，保证岩板受力均匀；②用密封胶密封岩板与导流室周边的间隙，安装导流室上密封板；③将导流室外壁的

4个接口与FCES-100型裂缝导流仪的对应接口相连，检查整套装置的密封性；④用液压泵加压，测试不同闭合压力下的流量和进出口压力；⑤实验结束后，断开导流仪接口，清理导流室内腔，准备下一组实验。

以“一”型缝网结构为例，分析铺砂浓度、闭合压力、砂堤高度、支撑剂等因素对缝网导流能力的影响；并研究缝网结构改变时，缝网导流能力的变化规律。

2.1 铺砂浓度和闭合压力

测试不同铺砂浓度和闭合压力下的实验流量及进出口压力，绘制缝网导流能力随闭合压力变化曲线。由图3可以看出：①不同铺砂浓度下缝网导流能力随闭合压力

的变化趋势相似，均随闭合压力的增大呈下降趋势。整个下降过程可分为3个阶段，当闭合压力小于30 MPa时，缝网导流能力缓慢下降；当闭合压力为30～50 MPa时，缝网导流能力急剧下降；超过50 MPa后下降趋势平缓。以铺砂浓度为4.0 kg/m2为例，当闭合压力为10 MPa时，缝网导流能力为12.45 μm2·cm，

当闭合压力为30和60 MPa时，缝网导流能力分别下降了14.2%和82.1%。当

铺砂浓度由1.5 kg/m2增至4.0 kg/m2，闭合压力由10 MPa增至60 MPa时，缝网导流能力的下降幅度由81.7%增至85.1%。这是因为，当闭合压力较低时，

支撑剂未破碎或者破碎较少，支撑剂颗粒发生弹性变形，粒间孔隙减小，缝网导流能力小幅度降低；当闭合压力较高时，支撑剂破碎明显，破碎后颗粒粒径变小，裂缝孔隙度低，缝网导流能力大幅度降低。②缝网导流能力随铺砂浓度的增大而增大，在低闭合压力下，这种差异更加明显。例如，在闭合压力为10 MPa的条件下，

当铺砂浓度由1.5 kg/m2递增至4.0 kg/m2时，缝网导流能力增加了7.23

μm2· cm；而在闭合压力为60 MPa的条件下，当铺砂浓度由1.5 kg/m2递增至4.0 kg/m2时，缝网导流能力仅增加了1.45 μm2·cm。

2.2 砂堤高度

由图4可以看出：缝网导流能力随砂堤高度的增大而增大，且高闭合压力下增幅